长沙理工热力发电厂课程设计

摘要火电厂热系统工况发生变动时，将会引起整个热系统和全厂的热经济性指标发生变动。本设计主要内容为华能金陵电厂1000MW超超临界凝汽式机组全厂原则性热力系统变工况计算，根据给定的热力系统图及其数据，在热力系统常规计算方法的基础下，切除二号高压加热器H2时根据热力系统图中各点汽水参数、流量，进行热力系统原则性热力计算以及分析其经济性。关键词：原则性热力系统变工况常规法1摘要 2 3火电厂热系统的变工况是指系统的工作条件(参数)发生变动，偏离设计工况或都偏离某一基准工况。这种偏离大致辞有二种情况：一是对热系统的结构进行了某种局部改动；二是热系统本身的结构未加改动，但是系统运行条件发生了变化。前者的例子如去除某一级加热器运行等，不论哪一种形式的工况变动，结果都将引起整个热系统的参数的变化，从而导致机组的和全厂的热经济指标发生变动。在电厂的设计和运行中，全厂热力计算主要解决两类问题：一是经计算给出若干工况下全厂的热经济性指标，如全厂发、供电煤耗率，全厂热效率，全厂节煤量等；二是为电厂的设计、运行、机组检修等提供基础数据，如汽轮机组以及各汽、水管道的汽水流量。设计工况的指标是所有工况中最具有代表性的，因此设计工况下的全厂热力计算是最为普遍、也是最为基本的计算。在设计和最大工况下进行计算所得到的各部分汽水流量，是选择机组辅助热力设备和汽水管道的重要依据。在进行其他一些工况计算(即变工况计算)时设计工况的计算结果往往就为它们提供初始的计算依据。热系统变工况计算的目的，是确定汽轮机在新的工况下各抽汽口和排汽端的蒸汽参数，以及回热给水系统各参数及流量，其实质是确定汽轮机的新的汽态膨胀过程线和系统参数。热力系统的变工况计算是以级组(两个抽汽口之间的各级)为单位进行的。计算时只需要了解各抽汽口的参数变化而不必知道汽轮机各级详细工况。较为精确的变工况计算是将系统本身的变工况和设备的变工况结合起来进行的。凝汽器的变工况计算已有较为精确的计公式，但回热加热器、除氧器的变工况则十分复杂，其变工况计算的模型至今尚不清楚。在计算精度要求不高，只需要大致了解工况变动的基本结果时，可以采用近似计算方法，即对于设备变工况后的参数变化，利用一些最简单的函数关系加以确定。这将大大简化计算所需要的原始资料和计算过程。本文的计算主要介绍此种方法。4二热力系统原则性计算原理火电厂热力系统计算的核心是对回热加热器的热平衡式进行求解，求得各抽汽系数，然后根据汽轮发电机组的功率，求解汽轮机进汽量以及机组热经济指标(定功率计算)或者根据汽轮机的进汽量确定汽轮机发电机组的功率(定流量计算)。回热机组原则性热力系统计算方法，有传统的常规计算方法以及等效焓降法、循环函数法等。常规计算通常有两种方法：串联法和并联法。对于热力系统热平衡方程组，用手工计算求解时，为了使计算的每一个方程只出现一个未知数，计算的次序是“由高到低”，即先从抽汽压力最高的加热器算起，依次逐个算至抽汽压力最低的加热器，因此称作串联法；用计算机计算时，可以对所有的能量平衡方程联立求解，一次即可获得全部未知数，故称作并联法；并联计算则需要求解多元线性方程组。等效焓降法的最大特点是在系统的局部结构或者参数变动时，可以进行局部定量，而不需要像常规法那样重新进行整个系统的全部计算，因而给热系统的节能分析和节能改造带来很大的方便。但等效焓降运河的基本前提是各加热器的汽水参数维持设计值，如果这一条不能保证或难以忽略，则等效焓降法的计算结果会引起一定的误差。另外，如果除汽轮机的效率以外，还需要求出回热系统各汽水流量、汽水参数时，则仍需要按常规法计算方法求取。等效焓降法作为热平衡计算方法时，其物理概念不及传统方法明显，计算过程亦并不简化，但作为一种热系统分析方法，它们都可避开与变动无关的计算，而直接得到经济性指标的计算结果，因而有独特的优越性。常规计算法常规计算未能的实质，实际上是对由z个加热器热平衡方程式和一个凝汽器物质平衡式所组成的(z+1)个线性方程进行求解，可系数ac)。然后直接求出所需要的新汽耗量或机组功率、热经济性指标等。1串联计算串联计算是指按照加热器压力“由高到低”的次序，依次对各5个加热器进行热平衡、流量平衡计算，独立地求得各抽汽量或抽汽系数等未知量的方法。在计算过程中，有时需要进行局部的试算，在计算完毕后再加以检查修正，但总体上是顺序的、直接的计算。串联计算可以避开解方程组的麻烦，既可用于手算，亦可用于计算机计算。当进行变工况计算时，、利用串联解法可借助计算机迭代计算容易将汽态参数的变化一并计算出来，这是其他计算方法所难以做到的。2.1.2并联计算(电算方法)电算热力系统时，将z+1个方程排成矩阵来计算，可同时解出全部抽汽系数。为计算方便，将回热加热器的蒸汽放热量、给水焓升联算法只要用数字填写一个矩阵，其余工作都可以由计算机完成。矩阵系数和热力系统的结构相对应，对于不同的热力系统结构，只需要改变矩阵系数就可以了。因此，该算法具有一定的通用性。另外，由于是计算机程序，因此电算未能也为实时测试、控制和优化提供了有力的工具。等效焓降法具有n级回热抽汽的汽轮机中，1kg新汽所做的实际内功称为新1an1a汽的等效焓降H，它等效于1jH0kg新汽在相同的初、终参数、无回热的汽轮机中所做的实际功。各级抽汽的等效焓降Hj是指回热系统中减少(或增加)1kg抽汽时汽轮机增加(或减少)的实际功。它与1kg抽汽在某级加热器中的放热量qj之比称为抽汽效率nj，nj表示从能级j加入单位热量，在汽轮机上能够获得的内功。中的一小部分将继续分流至第j级以下的各级加热器，这一点是理解等效焓降法实质的关键所在。等效焓降法的所有计算公式，加热器的序号均是按照压力从低到高升序排列的，这一点与传统法和循环函数法是不同的。2.2.1非再热机组对于无中间再热的回热加热系统，用下式计算第j级加热器的等6效焓降HJ：j1Aj1AHJ=(hjkj/kgkj/kg式中hj——第j级加热器的抽汽比焓，kj/kg;hc式中hj——第j级加热器的抽汽比焓，kj/kg;hc——汽轮机排汽比焓，kJ/kg;rjqr——第r级加热器的抽汽放热量，kJ/kgAR——取疏水放热或加热器焓升，视加热器的型式而定。j热器，则从容不迫j级以下直到汇集式加热器，均以γr代替Ar，而在汇集式加热器以下，无论是汇集式加热器还是疏水放流式加热器，2.2.2中间再热机组对于具有一次中间再热的回热加热系统，等效焓降的计算须计及排挤抽汽在再热器内的吸热量。故等效焓降HJ的计算公式，依被计算加热器在再热器前、后的位置而不同。对于再热器后的各级加热器，由于再热后的排挤抽汽不影响流过再热器的蒸汽份额，故这些加热器的等效焓降仍按式(1-1)计算。对于再热前冷段以前(含冷段)的各级抽汽，等效焓降计算通式为:j1AHrj=(hjhc)RHR式中σ=1kg蒸汽在再热器内的吸热量，kJ/kg.本文的主要计算方法为串联法。三计算任务书国产1000MW凝汽式机组全厂原则性热力系统变工况计算1.根据给定热力系统数据，计算气态膨胀线上各计算点的参数，并在h-s图上绘出蒸汽的气态膨胀线；2.计算额定功率下的气轮机进汽量Do，热力系统各汽水流量Dj、Gj；3.计算机组的和全厂的热经济性指标；4.绘出全厂原则性热力系统图，并将所计算的全部汽水参数详细7标在图中(要求计算机绘图)。计算类型定功率计算3.2.2热力系统简介华能金陵电厂二期工程建设21000MW国产高效超超临界燃煤汽轮发电机组及配套的辅机、附件。其中锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司在日本三菱重工株式会社技术支持下制造的超超临界变压运行直流锅炉，采用型布置、单炉膛、低NOxPM主燃烧器和MACT燃烧技术、反向双切圆燃烧方式，炉膛采用内螺纹管垂直上升模式水冷壁、循环泵启动系统、一次中间再热、调温方式除煤/水比外，还采用烟气分配挡板、燃烧器摆动、喷水等方式。锅炉采用平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊机构，燃用神府东胜煤、晋北煤。表1金陵电厂锅炉主要参数汽轮机为上海汽轮机厂有限公司引进德国西门子公司技术制造的1000MW级汽轮机。机组采用一炉一机单元布置。，该系统共有8级不调节抽汽。其中第一、二、三级抽汽分别供三台高压加热器，第五、六、七、八级抽汽分别供四台低压加热器，第四级抽汽1.087MPa压力除氧器的加热汽源。汽轮机的主凝结水由凝结水泵送出依次经过轴封加热器、疏水冷却器、四台低压加热器，进入除氧器。然后由汽动给水泵升压，经三台高压加热器，最终给水温度达到285.9℃，进入锅炉省煤器。8三台高压加热器的疏水逐级自流给除氧器；五、六号低压加热器疏水经疏水泵重新送回主凝结水；七号低压加热器送往疏水冷却器中加热主凝结水，然后在自流给凝汽器；八号低压加热器疏水自流给疏水冷却器。机组共有两台凝汽器，汽轮机排汽压力为0.0047MPa。给水泵汽轮机(以下简称小汽机)的汽源为中压缸第四级抽汽，无回热加热，其排汽进入凝汽器，排汽压力为0.0057MPa。全厂原则性热力系统图如附图所示。料4.1汽轮机型以及参数(1)机组刑式：超超临界压力、一次中间再热、四缸四排汽、单轴、凝汽式气轮机；(2)额定功率Pe=1030MW；(3)主蒸汽初参数(主汽阀前)p0=26.25MPa，t0=600℃；(4)再热蒸汽参数(进汽阀前)：热段prh=5.413MPa；tth=600℃；冷段prh´=5.884MPa；tth´=364.3℃；(5)汽轮机排汽压力pc=4.7kPa,排汽比焓hc=2314.5kJ/kg。4.2机组各级回热抽汽参数(1)机组各级回热抽汽参数由原则性热力系统图得表1-2；表2回热加热系统原始汽水参数项目汽测MPa7.0415.9442.3061.1440.6150.25210.06640.025kJ/kg3158.03101.03386.33187.93026.02842.72621.02488.23190.7抽汽管道压损δpj%3—355555加热器汽侧压力PjMPa6.8302.2371.0870.5850.23950.06310.0237气侧压力下饱和温度ts℃284.17—218.12183.54157.85126.0187.2263.77水测水侧压力PwMPa31.02431.11431.2041.0721.2681.3141.3611.4081.4541.501加热器上端查δt℃-1.70002.82.82.82.85.60℃285.9218.1218.1182.9155.0123.284.461.035.932.5kJ/kg1258.0945.1945.1776.1654.4518.2354.5256.6151.6137.7℃218.1218.1188.7155.0123.684.461.035.932.532.0kJ/kg945.1945.1816.9654.4519.7354.5256.6151.6137.7136.3加热器下端查δt1℃5.6—5.65.60000℃223.7—194.3—129.2126.087.263.838.299.7kJ/kg962.0—827.3—543.1529.3365.2267.1159.8417.8注：SL为疏水冷却器；SG为轴封加热器9(2)最终给水温度tfw=292.5℃；(3)给水泵出口压力ppu=32.53MPa，给水泵效率ηpu=0.83(4)除氧器至给水泵高差Hpu=32.12m；(5)小汽机排汽压力pc,xj=5.7kPa；小汽机排汽焓hc,xj=2424.8kJ/kg4.3锅炉型式及参数(1)锅炉型式：哈尔滨锅炉厂制造的一次中间再热、超超临界压力、变压运行的直流锅炉；(2)额定蒸发量Db=2953t/h(3)额定过热蒸汽压力Pb=27.56Mpa；额定再热蒸汽压力pr=5.94MPa；(4)额定过热汽温tb=605℃；额定再热汽温tr=605℃；(5)锅炉热效率ηb=92%。(1)汽轮机进汽节流损失δpl=4.8%，(2)轴封加热器压力psg=102KPa,疏水比焓hd,sg=417.8kJ/kg；(3)汽轮机机械效率ηm=0.985；发电机效率ηg=0.99；(4)补充水温度tma=20℃；(5)厂用点率ε=0.07。(1)忽略加热器和抽汽管道的散热损失。(2)忽略凝结水泵的介质焓升。系统计算5.1汽水平衡计算全厂汽水平衡如图1-3所示,将进、出系统的各流量用相对量α表示。L行计算，最后校核。L全厂工质渗漏系数αL=DL/DO=0/2789791.2=0锅炉排污系数αbl=Dbl/DO=0/2824531.2=0其余各量经计算为厂用汽系数αpl=0减温水系数αsp=01α2ma暖风机疏水系数αnf=0/2789791.2=0由全厂物质平衡5.2气轮机进汽参数计算5.2.1主蒸汽参数由主汽门前压力po=26.25Mpa,温度to=600℃,查水蒸气性质由p´0=25.2Mpa,h´0=h0=3482.1kJ/kg,查水蒸气性质表，得主汽门后气温t0´=596.73℃。5.2.2再热蒸汽参数由中联门前压力prh=5.413Mpa,温度trh=600℃,查水蒸气性质表，得再热蒸汽比焓值hrh=3663.5kJ/kg.中联门后再热气压由p´rh=5.3596Mpa,h´rh=hrh=3663.1kJ/kg,查水蒸气性质表,得中联门后再热气温t´rh=599.64℃.5.3.1轴封加热器计算以加权平均法计算轴封加热器的平均进汽比焓hsg.计算详表见表表3轴封加热器物质热平衡计算项目C1CC2CC3CC4CC5CC6CC7CC8CΣGikgh93.60.00004770.00006840.0000180.00003350.00004000.00004000.00004000.00004000.0003263190.71.0401682/0.000326=3190.75.3.2凝汽器压力计算凝汽器压力pc=0.0047MPa，查得对应水的温度tc=31.8℃将所得数据与上表的数据一起,以各抽气口的数据为节点,在h-s图上绘制出气轮机的气态膨胀过程线,见图2-14h2=3086.6p2=5.884prh=5h2=3086.6p2=5.884prh=5.413hP0´=25.2p0=26.25P0´=25.2p0=26.25t0´=535.29tp¸h¸prh´=5.305rh=3663.5rh=3663.50h0h0=3482.10t1=404.16P1=7.7651h1=3155.52t2=364.323h3=3386.6P3=2.282P4=1.123h4=3186.34t4=364.345P5=0.607h5=3025.3t5=282.446h6=2842.1t6=187.07h7=2620.5h8=2488.0MPaMPap7=0.0654hhkJkgp8=0.0247Cpc=0.0047hCpc=0.0047x=0.89925.4高压加热器组抽汽系数计算=1(1258.0945.1)/1.0=0.14253158.0962.0高压加热器H2不投入运行，抽汽系数α2：pppp再热器流量系数αrh:αrh=660.814/774.942=0.8527H平衡计算α3本级计算时，由附图可知给水泵出口焓值h*4=816.9kJ/kg4p 4ppuhpu给水泵h´puppup图3给水泵焓升示意图 fw(hw,3h*w,4)/hd,1(hd,3hd,1)3=h3hd,3==0.04261(945.1816.9)/1.00.==0.04263386.3827.35.5除氧器抽汽系数计算除氧器出水系数αc,4抽汽系数α4：α4=27.429/774.942=0.03545.6低压加热器组抽汽系数计算H5的出水系数αc，5：=1-0.1851-0.0354=0.7795 (hh)/0.7795(654.4519.7) (hh)/0.7795(654.4519.7)/1.0H热平衡计算α7H8H的疏水系数αd,8：5.7.2由两个凝汽器的流量计算αcαc=(222.581+220.581)/774.942=0.57195.7.3由气轮机汽侧平衡校验αcH4抽汽口抽汽系数和α'4：=0.0354+0.02682+0.02669+0+0=0.0889=0.1425+0+0.0426+0.0889+0.0429+0.0485+0.0299+0.0325=0.4278凝汽系数αc：该值由凝汽器质量平衡计算得到的αc相等，凝汽系数计算正确。5.8气轮机内功计算5.8.1凝汽流做工ωc=(0.5719-0.0008026+0.0001574)(3494.5-2314.1+562.1)-0.006331式中qrh—再热器吸热，qrh=hrh–h2=3663.1-3101.0=562.1kJ/kgsgBsgC/774.942=0.0001574Aωa,1=h0–h1=3494.5-3158.0=336.5kJ/kgωa,2=h0–h2=3494.5-3101.0=393.5kJ/kgωa,3=h0–h3+qrh=3494.5-3386.3+562.1=670.3kJ/kgωa,4=h0–h4+qrh=3494.5-3187.9+562.1=868.7kJ/kgωa,5=h0–h5+qrh=3494.5-3026.0+562.1=1030.6kJ/kgωa,6=h0–h6+qrh=3494.5-2842.7+562.1=1213.9kJ/kgωa,7=h0–h7+qrh=3494.5-2621.0+562.1=1435.6kJ/kgωa,8=h0–h8+qrh=3494.5-2488.2+562.1=1568.4kJ/kg表3做功量和抽汽量计算结果HHHHHHHH(kJ/kg)336.5393.5670.3868.7各级抽汽量(kJ/h)397515.60248047.2979.243090752.4=0.1425×336.5+0×393.5+0.0426×670.3+0.0889×868.7+0.0429×1030.6+0.0485×1213.9+0.0299×1435.6+0.0325×1568.4=350.7178kJ/kg5.8.3附加功量Σωsg,k附加功量Σωsg,k是指各小汽流量作功之和:由图可得小汽流量很小，忽悠不计。=1343.6381kJ/kg5.9气轮机的内效率、热经济指标、汽水流量计算q0=h0–hfw+αrhqrh=3494.5-1258.0+0.8527×562.1=2715.8027kJ/kg气轮机绝对内效率ηi：iiq5.8027=0.4947气轮机绝对电效率ηe：q=3600/ηe=3600/0.4823=7464.2339kJ/(kwh)d=q/q0=7464.2339/2715.8027=2.7484kg/(kwh)D0=1000dPe=1000×2.7484×1030=2830852㎏/h式中Pe—气轮机额定功率，Pe=1030MW校验：气轮机进汽量D0=2789791.2㎏/h，与初选值相差不大。水泵流量Gcp：Gcp=αc,5D0=0.6888×2830852=1949890.858㎏/hDc=αcD0=0.5719×2830852=1618964.259㎏/hDD=0.1425×2830852=403396.41㎏/hD3=α3D0=0.0426×2830852=120594.2952㎏/hD5=α5D0=0.0429×2830852=121443.5508㎏/hDD×2830852=137296.322㎏/hDα7D0=0.0299×2830852=84642.4748㎏/hDD=82002.69㎏/h5.10全厂性热经济指标计算5.10.1锅炉参数计算过热蒸汽参数：由pb=27.56MPa,tb=605℃,查表得过热蒸汽出口焓hb=3485.16kJ/kg再热蒸汽参数：锅炉设计再热蒸汽出口压力pr=5.94MPa，该压力低于气轮机排汽压力p´rh=5.944MPa，故按照气轮机侧参数，确定锅炉再热器出口压力pr=5.469M